Zaloguj się, aby obserwować tę zawartość
Obserwujący
0
Wielki Zderzacz Hadronów zakończył badania
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Technologia
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Fizycy potrzebują coraz potężniejszych narzędzi, by prowadzić swoje badania. Dlatego przed 2 laty Rada CERN przyjęła plan dotyczący strategii rozwoju badań nad fizyką cząstek w Europie. Zakłada on m.in. wybudowanie 100 kilometrowego akceleratora Future Circular Collider (FCC). Fizycy z CERN – Patrick Janot i Alain Blondel – argumentują, że w związku z olbrzymim zapotrzebowaniem akceleratorów na prąd, pod uwagę należy brać również ślad węglowy tych urządzeń.
Na świecie rozważanych jest kilka projektów budowy potężnych akceleratorów, jednak prawdopodobnie żaden kraj nie porwie się samodzielnie na realizację takiego przedsięwzięcia. Potrzebna jest współpraca międzynarodowa i przekonanie partnerów, że to właśnie ten a nie inny projekt wart jest realizacji.
Międzynarodowa społeczność fizyków zastanawia się obecnie nad budową trzech akceleratorów liniowych – International Linear Collider (ILC) w Japonii, Cool Copper Collider (C3) w USA oraz Compact Linear Collider w CERN – i dwóch kołowych – FCC i China Electron Positron Collider (CEPC) w Chinach. Naukowcy podają argumenty za konkretnymi rozwiązaniami, a Janot i Blondel postulują, by "w przyszłych projektach z dziedziny fizyki wysokich energii uwzględniać nie tylko koszt i wydajność akceleratora, ale również jego ślad węglowy na każdy uzyskany wynik naukowy", stwierdzają naukowcy.
Uczeni przeprowadzili analizę postulowanych akceleratorów i stwierdzili, że najbardziej „zielonym” z nich byłby FCC. Uzyskanie w nim jednego bozonu Higgsa wymagałoby zużycia 3 MWh. Drugim najlepszym byłby CEPC z wynikiem 4,1 MWh/bozon, natomiast najgorzej wypadł C3, który do wytworzenia jednego bozonu Higgsa zużyłby aż 18 MWh. Na tym jednak analiza się nie skończyła. Naukowcy przyjrzeli się też, jak dany kraj, w którym miałby znaleźć się akcelerator, uzyskuje energię. W tej konkurencji również wygrał FCC, w którym uzyskanie pojedynczego bozonu Higgsa wiązałoby się z wyemitowaniem 0,17 tony CO2. Z kolei ILC wyemituje 9,4 tony CO2 na każdy bozon. Niska emisja z FCC wiąże się z faktem, że we Francji niemal 80% energii elektrycznej pozyskiwane jest z elektrowni atomowych.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Dzisiaj, po trzech latach przerwy, Wielki Zderzacz Hadronów (LHC) ponownie podejmuje badania naukowe. Największy na świecie akcelerator cząstek będzie zderzał protony przy rekordowo wysokiej energii wynoszącej 13,6 teraelektronowoltów (TeV). To trzecia kampania naukowa od czasu uruchomienia LHC.
Przez trzy ostatnie lata akcelerator był wyłączony. Trwały w nim prace konserwatorskie i rozbudowywano jego możliwości. Od kwietnia w akceleratorze znowu krążą strumienie cząstek, a naukowcy przez ostatnich kilka tygodni sprawdzali i dostrajali sprzęt. Teraz uznali, że wszystko działa, jak należy, uzyskano stabilne strumienie i uznali, że LHC może rozpocząć badania naukowe.
W ramach rozpoczynającej się właśnie trzeciej kampanii naukowej LHC będzie pracował bez przerwy przez cztery lata. Rekordowo wysoka energia strumieni cząstek pozwoli na uzyskanie bardziej precyzyjnych danych i daje szanse na dokonanie nowych odkryć.
Szerokość wiązek protonów w miejscu ich kolizji będzie mniejsza niż 10 mikrometrów, co zwiększy liczbę zderzeń, mówi dyrektor akceleratorów i technologii w CERN, Mike Lamont. Uczony przypomina, że gdy podczas 1. kampanii naukowej odkryto bozon Higgsa, LHC pracował przy 12 odwrotnych femtobarnach. Teraz naukowcy chcą osiągnąć 280 odwrotnych femtobarnów. Odwrotny femtobarn to miara liczby zderzeń cząstek, odpowiadająca około 100 bilionom zderzeń proton-proton.
W czasie przestoju wszystkie cztery główne urządzenia LHC poddano gruntowym remontom oraz udoskonaleniom ich systemów rejestracji i gromadzeniach danych. Dzięki temu mogą obecnie zebrać więcej informacji o wyższej jakości. Dzięki temu ATLAS i CMS powinny zarejestrować w obecnej kampanii więcej kolizji niż podczas dwóch poprzednich kampanii łącznie. Całkowicie przebudowany LHCb będzie zbierał dane 10-krotnie szybciej niż wcześniej, a możliwości gromadzenia danych przez ALICE zwiększono aż 55-krotnie.
Dzięki tym wszystkim udoskonaleniom można będzie zwiększyć zakres badań prowadzonych za pomocą LHC. Naukowcy będą mogli badać bozon Higgsa z niedostępną wcześniej precyzją, mogą zaobserwować procesy, których wcześniej nie obserwowano, poprawią precyzję pomiarów wielu procesów, które mają fundamentalne znaczenie dla zrozumienia fizyki, asymetrii materii i antymaterii. Można będzie badać właściwości materii w ekstremalnych warunkach temperatury i gęstości, eksperci zyskają nowe możliwości poszukiwania ciemnej materii.
Fizycy z niecierpliwością czekają na rozpoczęcie badań nad różnicami pomiędzy elektronami a mionami. Z kolei program zderzeń ciężkich jonów pozwoli na precyzyjne badanie plazmy kwarkowo-gluonowej, stanu materii, który istniał przez pierwszych 10 mikrosekund po Wielkim Wybuchu. Będziemy mogli przejść z obserwacji interesujących właściwości plazmy kwarkowo-gluonowej do fazy precyzyjnego opisu tych właściwości i powiązania ich z dynamiką ich części składowych, mówi Luciano Musa, rzecznik prasowy eksperymentu ALICE.
Udoskonalono nie tylko cztery zasadnicze elementy LHC. Również mniejsze eksperymenty – TOTEM, LHCf, MoEDAL czy niedawno zainstalowane FASER i SND@LHC – pozwolą na badanie zjawisk opisywanych przez Model Standardowy oraz wykraczających poza niego, takich jak monopole magnetyczne, neutrina czy promieniowanie kosmiczne.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Czy neutrinowe oczy ludzkości, obserwatoria takie jak IceCube na Antarktydzie, naprawdę widzą neutrina napływające z głębi kosmosu? Odpowiedź zaczynają przynosić między innymi eksperymenty przy akceleratorze LHC, gdzie bada się wewnętrzną strukturę protonów. Zgodnie z najnowszym modelem, opracowanym przez fizyków z IFJ PAN, struktura ta wydaje się być bogatsza o cząstki powabne w stopniu, który ziemskim obserwatorom neutrin może utrudnić interpretację tego, co widzą.
Wbrew popularnym wyobrażeniom, proton może się składać nie z trzech, ale nawet z pięciu kwarków. Dodatkową parę tworzą wtedy kwark i antykwark powstałe w interakcjach gluonów we wnętrzu protonu. Od dawna przypuszczano, że te „nadmiarowe” pary mogą niekiedy być zbudowane nawet z tak masywnych kwarków i antykwarków jak powabne. Teraz się okazuje, że uwzględnienie wewnętrznego powabu protonów pozwala dokładniej opisać przebieg zjawisk zarejestrowanych niedawno w jednym z niskoenergetycznych eksperymentów w detektorze LHCb przy Wielkim Zderzaczu Hadronów. Stosowny model teoretyczny zaprezentowali fizycy z Instytutu Fizyki Jądrowej Polskiej Akademii Nauk (IFJ PAN) w Krakowie na łamach czasopisma „Physical Review D”.
Szkolne podręczniki malują obraz protonu jako cząstki będącej prostym zlepkiem trzech kwarków: dwóch górnych oraz jednego dolnego, sklejonych oddziaływaniami silnymi przenoszonymi przez gluony. W fizyce tak uproszczony model nie zrobił długiej kariery. Już w końcu lat 80. ubiegłego wieku okazało się, że aby wytłumaczyć obserwowane zjawiska trzeba uwzględnić lekkie kwarki pochodzące z chmury mezonowej w nukleonie (są to tzw. wyższe stany Flocka). Co zaskakujące, efekt wcale nie jest marginalny: może stanowić nawet poprawkę na poziomie 30% w stosunku do prostego modelu trzykwarkowego. Niestety, dotychczas nie potrafiono określić, jak duży jest analogiczny wkład kwarków powabnych.
Nasze wcześniejsze modele powstawania powabu wielokrotnie wykazywały się zgodnością z eksperymentami. Przy dużych energiach zderzeń protonów, gdy w LHC wzajemnym oddziaływaniom poddawano ich dwie przeciwbieżne wiązki, potrafiliśmy całkiem dobrze opisać produkcję par z udziałem kwarków i antykwarków powabnych. Rzecz jednak w tym, że choć tworzyły się one w trakcie zderzeń protonów, nie pochodziły z ich wnętrz. Powstawały wskutek fuzji gluonów nieco wcześniej wyemitowanych przez protony, mówi prof. dr hab. Antoni Szczurek (IFJ PAN).
Nadzieję na postęp w tropieniu powabu wewnątrz samych protonów przyniosły niedawne pomiary zrealizowane w detektorze LHCb z użyciem pojedynczej wiązki protonów, wycelowanej w nieruchomą, gazową tarczę z helu bądź argonu.
Gdy w LHC dochodzi do zderzeń przy największych energiach, spora część cząstek będących produktami kolizji protonów porusza się w kierunku 'do przodu', wzdłuż wiązek protonów. W rezultacie trafiają w obszar, gdzie z przyczyn technicznych nie ma detektorów. Tymczasem zderzenia protonów z jądrami helu, które właśnie poddaliśmy analizie, zachodziły przy energiach nawet kilkadziesiąt razy mniejszych od maksymalnych osiąganych przez LHC. Produkty zderzeń rozbiegały się pod większymi kątami, bardziej na boki, w konsekwencji były rejestrowane w detektorach i mogliśmy się im przyjrzeć, wyjaśnia dr Rafał Maciuła (IFJ PAN).
Do opisu danych z eksperymentu w detektorze LHCb krakowscy fizycy użyli modelu rozbudowanego o możliwość wybicia z wnętrza protonu kwarku lub antykwarku powabnego. Wyliczenie prawdopodobieństwa takiego procesu z zasad pierwszych nie było możliwe. Badacze postanowili więc sprawdzić, przy jakich wartościach prawdopodobieństwa zgodność przewidywań modelu z zarejestrowanymi danymi będzie największa. Otrzymany wynik sugerował, że wkład par powabnych we wnętrzu protonu nie jest większy niż około 1%.
Po wybiciu z wnętrza protonu powabna para kwark-antykwark szybko się zmienia w krótkożyjące mezony i antymezony D0, te zaś produkują kolejne cząstki, w tym neutrina. Fakt ten zainspirował fizyków z IFJ PAN do skonfrontowania nowego modelu z danymi zarejestrowanymi przez obserwatorium neutrinowe IceCube na Antarktydzie.
Obecnie dzięki stosowanym technikom naukowcy z IceCube mają pewność, że jeśli rejestrują neutrino o ogromnej energii (rzędu setek teraelektronowoltów), to oznacza, że cząstka pochodziła z głębi kosmosu. Przyjmuje się ponadto, że neutrina o nieco niższych, ale wciąż rzadko spotykanych dużych energiach, również mają naturę kosmogeniczną. Jeśli jednak z wnętrza protonu można wybić powabną parę kwark-antykwark, rozpadającą się w kaskadzie zawierającej wysokoenergetyczne neutrina, ta interpretacja może zostać podważona. Neutrina w pewnym zakresie energetycznym, rejestrowane obecnie, mogą bowiem pochodzić nie z kosmosu, ale właśnie z kaskad inicjowanych zderzeniami cząstek pierwotnego promieniowania kosmicznego z jądrami gazów atmosferycznych. Artykuł analizujący taką możliwość trafił do druku w czasopiśmie „European Physical Journal C”.
Przy analizie danych z obserwatorium IceCube przyjęliśmy następującą taktykę. Przyjmijmy, że praktycznie wszystkie obecnie rejestrowane neutrina w badanym przez nas zakresie energetycznym pochodzą z atmosfery. Jaki musiałby być wkład powabnych par kwark-antykwark we wnętrzu protonu, abyśmy za pomocą naszego modelu uzyskali zgodność z dotychczasowymi pomiarami? Proszę sobie wyobrazić, że otrzymaliśmy wartość rzędu jednego procenta, praktycznie identyczną z wartością z modelu opisującego zderzenia proton-hel w detektorze LHCb!, mówi dr Maciuła.
Zbieżność oszacowań dla obu omówionych przypadków nakazuje zachować dużą ostrożność w określaniu źródeł neutrin rejestrowanych przez współczesne obserwatoria. Krakowscy badacze podkreślają jednak, że ich wyniki nakładają tylko górne ograniczenie na wkład kwarków i antykwarków powabnych w strukturę protonu. Jeśli okaże się on mniejszy, przynajmniej część obecnie wykrywanych neutrin o wielkich energiach zachowa swoją kosmiczną naturę. Jeśli jednak górna granica będzie oszacowaniem poprawnym, nasza interpretacja źródeł ich pochodzenia będzie musiała ulec istotnej zmianie, a IceCube okaże się nie tylko obserwatorium astronomicznym, ale również... atmosferycznym.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Uczeni pracujący przy eksperymencie ATLAS w CERN donieśli o zaobserwowaniu pierwszego przypadku jednoczesnego powstania trzech masywnych bozonów W (produkcja WWW), które pojawiły się w wyniku zderzeń prowadzonych w Wielkim Zderzaczu Hadronów.
Bozony W, jako nośniki oddziaływań elektrosłabych, odgrywają kluczową rolę w testowaniu Modelu Standardowego. Po raz pierwszy zostały odkryte przed 40 laty i od tamtej pory są przedmiotem badań fizyków.
Naukowcy z ATLAS przeanalizowali dane zarejestrowane w latach 2015–2018 i oznajmili, że zauważyli produkcję WWW z poziomem ufności rzędu 8,2 sigma. To znacznie powyżej 5 sigma, gdy już można powiedzieć o odkryciu. Osiągnięcie tak dużej pewności nie było łatwe. Naukowcy przeanalizowali około 20 miliardów zderzeń, wśród których zauważyli kilkaset przypadków produkcji WWW.
Bozon W może rozpadać się na wiele różnych sposobów. Specjaliści skupili się na czterech modelach rozpadu WWW, które dawały największe szanse na odkrycie poszukiwanego zjawiska, gdyż powodują najmniej szumów tła. W trzech z tych modeli dwa bozony W rozpadają się w elektrony lub miony o tym samym ładunku oraz neutrina a trzeci bozon W rozpada się do pary kwarków. W czwartym z modeli wszystkie bozony W rozpadają się w leptony (elektrony lub miony) i neutrino.
Dzięki odkryciu specjaliści będą mogli poszukać teraz interakcji, które wykraczają poza obecne możliwości LHC. Szczególnie interesująca jest możliwość wykorzystania procesu produkcji WWW do badania zjawiska polegającego na wzajemnym rozpraszaniu się dwóch bozonów W.
Więcej na temat najnowszego odkrycia w artykule Observation of WWW production in pp collisions at s√=13 TeV with the ATLAS detector [PDF].
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Badacze z całego świata będą po raz drugi debatować nad przyszłością nowego kierunku badań w Wielkim Zderzaczu Hadronów pod Genewą, który ma zaowocować szczegółowymi pomiarami wysokoenegetycznych neutrin oraz otworzy nowe drogi poszukiwań ciemnej materii. Współautorem dyskutowanej propozycji nowego eksperymentu FLArE jest dr Sebastian Trojanowski z AstroCeNT i Zakładu Fizyki Teoretycznej NCBJ.
Planowane ponowne uruchomienie Wielkiego Zderzacza Hadronów jest jednym z najbardziej wyczekiwanych wydarzeń w świecie fizyki. Przy tej okazji, zostanie również zainicjowany nowy kierunek badań w LHC, obejmujący pomiary wysokoenergetycznych neutrin oraz poszukiwania śladów nowej fizyki w kierunku wzdłuż osi wiązki zderzenia protonów. Ten nietypowy sposób wykorzystania zderzacza został zaproponowany przez autorów koncepcji detektora FASER (odnośniki w uzupełnieniu). Jednym z jego pomysłodawców był dr Sebastian Trojanowski związany z ośrodkiem badawczym AstroCeNT przy Centrum Astronomicznym im. Mikołaja Kopernika PAN oraz z Narodowym Centrum Badań Jądrowych.
Choć eksperyment FASER ma dopiero zacząć zbierać dane w najbliższym czasie, to już zadajemy sobie pytanie, jak rozwinąć ten pomysł do jeszcze ambitniejszego projektu w dalszej przyszłości – mówi dr Trojanowski. Dyskusje na ten temat zgromadzą w dniach 27-28 maja (w formule zdalnej) około 100 badaczy z całego świata zajmujących się fizyką cząstek elementarnych. Na spotkaniu inżynierowie z CERN zaprezentują również wstępne plany dotyczące budowy nowego laboratorium podziemnego, które mogłoby pomieścić większą liczbę eksperymentów skupionych wzdłuż osi wiązki zderzenia. Jest to projekt długofalowy, który ma na celu maksymalizację potencjału badawczego obecnego zderzacza, który powinien służyć nauce jeszcze wiele lat.
Wśród kilku eksperymentów proponowanych do umieszczenia w nowym laboratorium jest m.in. bezpośredni spadkobierca detektora FASER. Eksperyment, nazwany roboczo FASER 2, znacząco poszerzyłby potencjał odkrywczy obecnego detektora. Choć ani obecny, ani proponowany przyszły eksperyment nie dają możliwości bezpośredniej obserwacji ciemnej materii, to umożliwiają one poszukiwanie postulowanych teoretycznie niestabilnych cząstek, które mogą pośredniczyć w jej oddziaływaniach.
O krok dalej idą autorzy kwietniowego artykułu opublikowanego w czasopiśmie Physical Review D, prof. Brian Batell z Uniwersytetu w Pittsburgu w USA, prof. Jonathan Feng z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Irvine oraz dr Trojanowski. Proponują oni sposób na bezpośrednią obserwację lekkich cząstek ciemnej materii w nowym laboratorium. W tym celu sugerują umieszczenie tam nowego detektora, nazwanego FLArE (ang. Forward Liquid Argon Experiment), wykorzystującego technologię ciekło-argonowej komory projekcji czasowej oraz wstępny sygnał w postaci błysku (ang. flare) scyntylacyjnego. Detektor taki byłby nowym narzędziem do bezpośredniego poszukiwania cząstek ciemnej materii poprzez badanie ich oddziaływań przy bardzo wysokich energiach oraz przy laboratoryjnie kontrolowanym strumieniu takich cząstek. Jest to metoda wysoce komplementarna względem obecnych podziemnych eksperymentów poszukujących cząstek pochodzących z kosmosu lub produkowanych przez promieniowanie kosmiczne – argumentuje dr Trojanowski.
Pomysł na nowy detektor FLArE został błyskawicznie włączony we wstępne plany inżynieryjne nowego laboratorium oraz w dyskusje eksperymentalne, również te dotyczące przyszłych badań neutrin w LHC. Czas pokaże, czy projekt ten będzie kolejnym sukcesem na miarę FASERa, czy też zostanie zastąpiony jeszcze lepszym rozwiązaniem – komentuje dr Trojanowski. Jedno jest pewne: fizycy nie próżnują i nie ustają w wysiłkach w celu lepszego poznania praw rządzących naszym światem.
« powrót do artykułu
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.